本發(fā)明涉及一種用于鉆探工程領(lǐng)域可控變徑擴(kuò)孔鉆具，其主要應(yīng)用于石油天然氣鉆井工程。

背景技術(shù)：

以往鉆井過程，其下部井眼直徑都必須小于上一層套管的內(nèi)徑，這種常規(guī)的鉆井程序，這將對(duì)相應(yīng)套管的順利下入和完井帶來極大地方便，很大程度的隨著超深井、大斜度井、大位移井多底井等復(fù)雜井?dāng)?shù)量的增多，特別是海洋深水鉆井的發(fā)展，使得井身結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，套管層序越來越多，各層套管與鉆出井眼的間隙越來越來小，直接影響到下套管和固井作業(yè)，也直接影響到完井作業(yè)和油氣開發(fā)。盡管有些偏心雙軸鉆頭和水力式牙輪擴(kuò)孔器出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)隨鉆將井眼擴(kuò)大一些，但是其自身的缺陷造成井眼井徑不規(guī)則，井眼軌跡控制差，井身質(zhì)量差，甚至于掉擴(kuò)孔牙輪，不僅解決不了下套管固井困難的問題，還增加了井下事故的頻發(fā)等一系列復(fù)雜情況。

在實(shí)際作業(yè)過程中，由于在最深井段井斜角度最大甚至于是水平段，且往往是硬地層或者是地層壓實(shí)程度好，鉆井作業(yè)中井徑擴(kuò)大系數(shù)好，形成其井眼尺寸與套管與套管外徑間隙最小，這樣的間隙只要井身質(zhì)量不那么好，井眼狗腿度大一點(diǎn)，往往造成套管下不下去的問題，直接影響完井質(zhì)量和今后油井生產(chǎn)。由此，本發(fā)明人憑借相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出可控變徑擴(kuò)孔鉆具，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決在鉆井過程中改變擴(kuò)孔直徑，減少起下鉆時(shí)間，提高鉆井效率，本發(fā)明提供了可控變徑擴(kuò)孔鉆具，本發(fā)明在地面控制鉆井液的液壓，通過液壓作用于推力芯軸改變擴(kuò)孔鉆具的工作直徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)井底的擴(kuò)孔，一旦停泵，在復(fù)位彈簧作用下直徑回縮，就可以與鉆頭一起方便起出井眼，完成了套管下部井眼擴(kuò)孔。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：可控變徑擴(kuò)孔鉆具由上接頭、本體、推力芯軸、斜坡塊、柱塞式擴(kuò)孔刀、桶形凸輪機(jī)構(gòu)、復(fù)位彈簧、彈簧止動(dòng)機(jī)構(gòu)、平衡活塞組和下接頭組成，本體前端與下接頭通過螺紋扣連接，本體后端連接上接頭；所述的斜坡塊安裝在推力芯軸上，并且采用密封圈c密封，柱塞式擴(kuò)孔刀安裝在本體圓周方向的圓孔內(nèi)，并且柱塞式擴(kuò)孔刀與斜坡塊通過t形槽和t形凸臺(tái)配合，可以實(shí)現(xiàn)推力芯軸通過臺(tái)階推動(dòng)斜坡塊向前運(yùn)動(dòng)，斜坡塊推動(dòng)柱塞式擴(kuò)孔刀向外擴(kuò)展，推力芯軸的后端為活塞部分，并采用密封圈a密封活塞部分和上接頭內(nèi)壁，柱塞式擴(kuò)孔刀與本體圓周上的孔采用密封圈b密封；所述的桶形凸輪機(jī)構(gòu)包括下芯軸、桶形凸輪、凸輪銷套、彈性橡膠、凸輪銷、推力球軸承、軸承座帽，下芯軸的后端通過螺紋連接推力芯軸，在下芯軸的臺(tái)階處向前依次安裝推力球軸承、桶形凸輪、推力球軸承和軸承座帽，彈性橡膠和凸輪銷依次安裝在凸輪銷套內(nèi)部，凸輪銷套通過螺紋扣安裝在本體上，通過彈性橡膠使凸輪銷與凸輪銷套圓柱表面凹槽配合，桶形凸輪的圓柱表面凹槽通過凸輪銷防止柱塞式擴(kuò)孔刀在工作時(shí)回縮，當(dāng)需要改變擴(kuò)孔直徑，可先增加鉆井液的液壓使推動(dòng)芯桿向前位移，并帶動(dòng)桶形凸輪向前運(yùn)動(dòng)，然后減小鉆井液液壓，在復(fù)位彈簧作用下桶形凸輪向后運(yùn)動(dòng)，此時(shí)凸輪銷和桶形凸輪圓柱表面的凹槽作用下卡在下一個(gè)工況位置，該鉆井工具只需控制液壓先增加再減小，就能改變凸輪銷與桶形凸輪圓柱表面的凹槽配合位置，從而得到穩(wěn)定的擴(kuò)孔直徑；所述的彈簧止動(dòng)機(jī)構(gòu)包括彈簧止動(dòng)件和固定銷，彈簧止動(dòng)件與復(fù)位彈簧的前端接觸，彈簧止動(dòng)件用固定銷固定在下接頭內(nèi)部，復(fù)位彈簧后端為彈簧間隔件，彈簧間隔件的后端頂著軸承座帽；所述的平衡活塞組由平衡活塞和密封圈d組成，平衡活塞組安裝在下芯軸和下接頭之間，用來密封復(fù)位彈簧、推力球軸承、桶形凸輪機(jī)構(gòu)和斜坡塊，該鉆具在密封填充口注入密封油，并且用閥堵堵住。

上述方案中所述的可控變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征在于：所述的柱塞式擴(kuò)孔刀是用來破碎井壁巖石，由于井下巖石的硬度不一致，需要耐磨、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)的擴(kuò)孔刀，為了滿足要求在柱塞式擴(kuò)孔刀的柱塞端面加工出刀翼，并且在刀翼上鑲上金剛石復(fù)合片；所述的本體圓柱面上安裝柱塞式擴(kuò)孔刀的孔為螺旋分布。

本發(fā)明的有益效果是：(1)該擴(kuò)孔鉆具通過液壓控制擴(kuò)孔尺寸的大小，所以只需要在地面調(diào)節(jié)鉆井液的液壓，操作簡(jiǎn)單方便；(2)柱塞式擴(kuò)孔刀的端面鑲有金剛石復(fù)合片，該擴(kuò)孔鉆具耐磨性好、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)；(3)鉆井需要改變井眼大小時(shí)，不用重新起下鉆柱更換鉆頭，直接通過控制液壓在井底實(shí)現(xiàn)變徑，從而提高鉆井機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，降低鉆井成本；(4)通過液壓改變?cè)摂U(kuò)孔鉆具的擴(kuò)孔外徑，方便鉆井過程中鉆柱的下入和起出；（5）本擴(kuò)孔鉆具液壓力驅(qū)動(dòng)方便，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是柱塞式擴(kuò)孔刀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明未實(shí)現(xiàn)變徑的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)變徑后的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1.上接頭，2.密封圈a，3.推力芯軸，4.本體，5.斜坡塊，6.柱塞式擴(kuò)孔刀，7.密封圈b、8.密封圈c，9.下芯軸，10.閥堵，11.桶形凸輪，12.凸輪銷套，13.彈性橡膠，14.凸輪銷，15.推力球軸承，16.軸承座帽，17.沖擊接頭，18.復(fù)位彈簧，19.彈簧止動(dòng)件，20.固定銷，21.平衡活塞，22.密封圈d，23.下接頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見附圖1，本發(fā)明提出的可控變徑擴(kuò)孔鉆具由上接頭1、本體4、推力芯軸3、斜坡塊5、柱塞式擴(kuò)孔刀6、桶形凸輪機(jī)構(gòu)、復(fù)位彈簧18、彈簧止動(dòng)機(jī)構(gòu)、平衡活塞組和下接頭23組成，本體4前端與下接頭23通過螺紋扣連接，本體4后端連接上接頭1；所述的斜坡塊5安裝在推力芯軸3上，并且采用密封圈c8密封，柱塞式擴(kuò)孔刀6安裝在本體4圓周方向的圓孔內(nèi)，并且柱塞式擴(kuò)孔刀6與斜坡塊5通過t形槽和t形凸臺(tái)配合，可以實(shí)現(xiàn)推力芯軸3通過臺(tái)階推動(dòng)斜坡塊5向前運(yùn)動(dòng)，斜坡塊5推動(dòng)柱塞式擴(kuò)孔刀6向外擴(kuò)展，推力芯軸3的后端為活塞部分，并采用密封圈a2密封活塞部分和上接頭1內(nèi)壁，柱塞式擴(kuò)孔刀6與本體4圓周上的孔采用密封圈b7密封；所述的桶形凸輪機(jī)構(gòu)包括下芯軸9、桶形凸輪11、凸輪銷套12、彈性橡膠13、凸輪銷14、推力球軸承15、軸承座帽16，下芯軸9的后端通過螺紋連接推力芯軸3，在下芯軸9的臺(tái)階處向前依次安裝推力球軸承15、桶形凸輪11、推力球軸承15和軸承座帽16，彈性橡膠13和凸輪銷14依次安裝在凸輪銷套12內(nèi)部，凸輪銷套12通過螺紋扣安裝在本體4上，通過彈性橡膠13使凸輪銷14與凸輪銷套12圓柱表面凹槽配合，桶形凸輪11的圓柱表面凹槽通過凸輪銷14防止柱塞式擴(kuò)孔刀6在工作時(shí)回縮，當(dāng)需要改變擴(kuò)孔直徑，可先增加鉆井液的液壓使推動(dòng)芯桿3向前位移，并帶動(dòng)桶形凸輪11向前運(yùn)動(dòng)，然后減小鉆井液液壓，在復(fù)位彈簧18作用下桶形凸輪11向后運(yùn)動(dòng)，此時(shí)凸輪銷14和桶形凸輪11圓柱表面的凹槽作用下卡在下一個(gè)工況位置，該鉆井工具只需控制液壓先增加再減小，就能改變凸輪銷14與桶形凸輪11圓柱表面的凹槽配合位置，從而得到穩(wěn)定的擴(kuò)孔直徑。

所述的彈簧止動(dòng)機(jī)構(gòu)包括彈簧止動(dòng)件19和固定銷20，彈簧止動(dòng)件19與復(fù)位彈簧18的前端接觸，彈簧止動(dòng)件19用固定銷20固定在下接頭23內(nèi)部，復(fù)位彈簧18后端為彈簧間隔件17，彈簧間隔件17的后端頂著軸承座帽16；所述的平衡活塞組由平衡活塞21和密封圈d22組成，平衡活塞組安裝在下芯軸9和下接頭23之間，用來密封復(fù)位彈簧18、推力球軸承15、桶形凸輪機(jī)構(gòu)和斜坡塊5，該鉆具在密封填充口注入密封油，并且用閥堵10堵住。

所述的可控變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征在于：所述的柱塞式擴(kuò)孔刀6是用來破碎井壁巖石，由于井下巖石的硬度不一致，需要耐磨、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)的擴(kuò)孔刀，為了滿足要求在柱塞式擴(kuò)孔刀6的柱塞端面加工出刀翼，并且在刀翼上鑲上金剛石復(fù)合片。所述的可控變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征在于：所述的本體4圓柱面上安裝柱塞式擴(kuò)孔刀6的孔為螺旋分布。